Tintas para fundição
Tintas para Fundição
Tintas para Fundição
Quase sempre: servem para que a face de molde ou macho seja mais lisa e mais resistente à agressão pelo metal líquido– diminuindo a rugosidade nas peças fundidas– evitando eventuais reações decorrentes do contato direto da face
do molde com o metal líquido ou seus produtos de oxidaçãoÀs vezes: usam-se tintas cuja única função é condicionar a
atmosfera do molde e que de modo algum evitam o contato direto do metal líquido com as faces do molde ou macho
As tintas de fundição mais simples consistem de– materiais sólidos (carga) em suspensão em algum– meio de dispersão (veículo) líquido e
Conforme sua viscosidade, são aplicadas por• pincelamento,• aspersão,• imersão,• lavagem ou• espatulação
Tintas para Fundição
Tintas para Fundição
Até ~ 1950 qualquer tinta para moldes ou machos era formulada na própria fundição.As formulações de tintas constituíam parte importante do patrimônio técnico das fundições, sendo, portanto, tratadas comconfidencialidade. Dependendo do tipo de ligante empregado para fixar a camada aplicada, o conjunto meio de dispersão / ligante podia enquadrar-se em uma das seguintes categorias:– Soluções aquosas de dextrina, melaço, açúcares, amidos e resinas
sintéticas– Soluções alcoólicas de resinas naturais ou sintéticas– Soluções de acetato de celulose em acetona– Soluções aquosas de silicatos solúveis (de sódio ou de potássio).Maioria das tintas “caseiras” eram suspensões aquosas
• estufas para a secagem de machos e moldes pintados eram equipamentos comuns em fundições bem montadas
Homogeneidade e níveis de qualidade deixavam a desejar• fundições acabaram por substituir as tintas “caseiras” pelas comercializadas,
ainda que a um custo inicial maior
Tintas para Fundição
Tintas para Fundição
Com a progressiva redução da espessura de parede dos fundidos e da seção dos machos, as tintas existentes no mercado tendem a atingir seu limite de aplicação, e começam a apresentar problemas com porosidades e bolhas de gases, motivando os desenvolvimentos mais recentes. Estes objetivam chegar a produtos com menor geração de gases, principalmente através de:
1. Elevada capacidade de isolamento térmico de modo a retardar a transferência de calor
2. Elevado grau de deformação a altas temperaturas
Tintas para Fundição
Funções
Melhorar características superficiais do macho ou molde– Dureza– Resistência a Friabilidade
Melhorar o aspecto do fundido quanto a– Rugosidade– Aderências– Limpeza
Reduzir / eliminar defeitos superficiais tais como– Veiamento– Penetração– Bolhas de gases– Superfície com dobras– Escamas– Erosão– Decorrentes de reações metal / molde ou macho
Atuar sobre a microestrutura superficial do fundido, através de materiais metalurgicamente ativos, por exemplo:– Telúrio– Bismuto– Estanho, etc
Tintas para Fundição
Composição básica
A composição de uma moderna tinta para fundição tem os mesmos elementos básicos das primeiras tintas, compondo-se sempre de:
• uma ou mais cargas minerais, desde refratárias atéaltamente refratárias
• meio de dispersão ou veículo• agentes de suspensão, em geral coloidais• ligantes com a função de fixadores
Tintas para Fundição
Cargas minerais
As cargas minerais mais empregadas nas formulações de tintas para fundição podem ser assim classificadas:
CARGAS MINERAIS PARA TINTAS (segundo VDG-Merkblatt R 150)
Materiaiscarbonáceos
GrafiteCoque moídoNegro de Fumo
Silicatos
Silicato de AlumínioSilicato de CálcioSilicato de MagnésioSilicato de Zircônio
Óxidos
QuartzoMagnesitaRutiloEspinélios
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Cargas minerais
CargaMineral
Densidade Ponto deFusão °C
Formato de Grão Composição
Grafite aprox. 2,2 1.600 - 5.000 irregular, angular-lamelar 70 % CCoque 1,9 – 2 > 1.700 irregular 90 % C
Carbonáceas
CargaMineral
Densidade Ponto deFusão, °C
Formato de Grão Fórmula
Caulim 2,65 1.700 Lamelar Al2[(OH)4.Si2O5]Pirofilito 2,8 1.700 lamelar-angular Al2[(OH)2.Si4O10]Talco 2,8 1.000 Lamelar Mg3[(OH)4.Si2O5]Mica 2,85 900 Lamelar KAl2[(OH)2.AlSi3O10]
Silicatos de estrutura
lamelar
CargaMineral
Densidade Ponto deFusão, °C
Formato de Grão Fórmula
Zirconita 4,6 2.200 irregular-angular ZrSiO4
Olivina 5,2 1.750 irregular-angular Mg2 SiO4
Mulita 3,16 1.600 irregular-angular 3Al2O3.2SiO2
Chamote 2,6 1.700 Irregular Al2O3.SiO2
Quartzo 2,6 1.700 Angular SiO2
Magnesita 3,6 2.800 Angular MgOCorundum 3,9 2.050 Irregular Al2O3
Cromita 4,0 > 1.600 Irregular Al2O3 .Cr2O3 FeO
Óxidos e silicatos
de estrutura
não-lamelar
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Cargas minerais
Silicatos com estrutura lamelar têm papel importante:
– Na camada aplicada, as lamelas dispõe-se paralelamente àsuperfície pintada é possível um deslizamento entre elas camada de tinta pode deformar-se (sem se romper) preservando a continuidade da camada, quando os grãos de quartzo da base sobre a qual está aplicada expande-se trincas na base poderiam permanecer encobertas
– Esses minerais dão camadas de tinta bastante fechadas: barreiras contra a penetração do metal líquido
– A disposição das lamelas em várias camadas paralelas à superfície pintada proporciona à película de tinta, após secagem, o alto poder de isolamento térmico característico desse tipo de estrutura. Com isso, o aquecimento do molde/macho dá-se de modo muito menos intenso e rápido, amenizando os efeitos da expansão do quartzo e reduzindo a velocidade de geração de gases.
Tintas para Fundição
Cargas minerais: aços
Temperaturas de fusão elevadas e características metalúrgicas restringem o leque de materiais que podem ser empregados
ZIRCONITA– continua sendo a carga mais importante
OLIVINA e MAGNESITA– praticamente só são empregadas em aço ao manganês
MULITA– limitada a peças de pequeno peso
CORUNDUM– apresenta-se como alternativa econômica para zirconita
CROMITA– dá bom acabamento superficial, principalmente em peças pesadas
– alto preço é um empecilho ao emprego generalizado
Tintas para Fundição
Cargas minerais: ferros fundidos
Empregam-se praticamente todos os tipos de cargas mineraisAlém dos materiais refratários, podem ser empregados minerais
com fases de ponto de fusão baixos– o objetivo é o de conferir à tinta a capacidade de deformar-se a
altas temperaturas.
Tintas para Fundição
Cargas minerais: não ferrosos
As ligas não ferrosas, tanto as pesadas quanto as leves, não requerem desempenhos tão elevados das cargas minerais
Nos não ferrosos pesados– a evolução de gases proveniente da água de cristalização de alguns
minerais é extremamente prejudicial. Estes, portanto, devem ser excluídos
Nos fundidos de alumínio– é muito importante o efeito desmoldante conferido pela carga mineral
combinações de cargas– dependem muito do processo de macharia ou moldagem empregado
Tintas para Fundição
Carga mineral: granulometria
A granulometria da carga mineral constituinte da tinta, qualquer que seja o seu tipo, afeta:– a viscosidade– a tendência à decantação– a tendência ao fissuramento na secagem
Dimensões das partículas– quanto maiores, maior a tendência à decantação– quanto mais finas, maior a tendência ao fissuramento da camada
aplicada na secagem– portanto: granulometria dos sólidos em suspensão na tinta resulta de
compromisso entre essas duas tendências, considerada a densidade real do sólido
Regra geral: para obter camadas lisas pouco suscetíveis defissuramento por secagem– pó mais fino que 74 µm (peneira 200) e– com menos de 50% abaixo de 44 µm (peneira 325)– formulação da tinta é fundamental para evitar fissuramento
Tintas para Fundição
Veículos
São líquidos que servem de meios de dispersão das cargas minerais, permitindo sua aplicação sobre as superfícies dos moldes e machos
Água– baixo custo e ambientalmente correto– difícil remoção (evaporação)– uso especialmente recomendado em moldagem ou macharia
altamente seriadas
Álcoois industriais– são veículos muito importantes– o principal é o isopropanol (principalmente na Europa)
Solventes clorados (cloro-carbono e fluor-cloro-carbono)– não são mais utilizados nas aplicações comuns, pois representam
ameaças à saúde e ao meio ambiente– no entanto, devido ao seu baixo ponto de ebulição, ainda são
empregados na moldagem a vácuo
Tintas para Fundição
Agentes de suspensão
Função: eliminar ou retardar a sedimentação das partículas minerais suspensas no veículo ou meio de dispersão
Empregam-se, em geral, materiais tixotrópicos (no meio de dispersão em repouso, formam uma estrutura que sustenta as partículas minerais)– evitam penetração excessiva do veículo no molde ou macho (devido à
absorção do meio dispersor e inchamento)– às vezes contribuem para a formação de uma camada uniforme de
tinta– os de menor custo são as bentonitas sódicas
Alguns materiais orgânicos:– colóides derivados de algas marinhas (alginatos)– derivados de celulose (p. ex., carboximetilcelulose)
Tipo e quantidade: grande influencia na viscosidade dinâmicaAlguns agentes de suspensão também têm propriedades de fixação
– todas as argilas têm bom poder de fixação a elevadas temperaturas
Tintas para Fundição
Ligantes / fixadores
Fixação das partículas de carga mineral sobre moldes e machos ocorre com a ajuda de ligantes– orgânicos ou– inorgânicosNa prática, ambos os tipos são empregados.
Fixadores (Ligantes) são responsáveis por– adesão das partículas da tinta à sua base de aplicação e– coesão mútua entre as partículas da camada.
Importante evitar migração do ligante para a superfície da tinta ao eliminar o dispersante– baixa resistência da tinta na base de aplicação– lascamento da camada com o choque térmico decorrente do
contacto com o metal– superfícies de tinta muito duras, que não soltam quando atritadas,
podem ser indício de forte migração de ligante
Tintas para Fundição
Resumo dos tipos de tintas(Bartsch)
1. Tintas refratárias a altamente refratárias, com refratários de textura granular e angular– Vantagens: Não reativas com óxidos, baixo volume de gases– Desvantagens: Não atuam contra efeitos de expansão do quartzo
2. Tintas com minerais de estrutura lamelar e eventual reação endotérmica.– Vantagem: ao ocorrer expansão do quartzo, lamelas deslizam umas sobre as
outras• mantêm cobertas pequenas trincas ocorridas na base• reação endotérmica (ex.: dissociação de carbonatos) apressa a formação de um filme
sólido do metal– Desvantagens: Evolução de gases; possíveis defeitos por liberação de água de
cristalização, com oxidação de componentes do banho metálico. Seu ponto de fusão limita o universo de aplicação
3. Tintas combinando minerais com diferentes fases de amolecimento– Vantagem: Podem deformar-se em temperaturas elevadas– Desvantagens: Reativa com óxidos e escorias do banho de metal
4. Tintas termicamente isolantes, minerais com baixa condutividade térmica– Vantagens: Retardam a transmissão de calor do metal para o interior do
molde/macho• menores efeitos das tensões causadas pelas expansão do quartzo• em temperaturas elevadas formam-se fases sinterizadas
– Desvantagem: Requerem camadas muito espessas para funcionar adequadamente
Tintas para Fundição
Características - Controle
Além dos característicos de composição, devem ser levadas em conta certas características físicas que determinarão o modo de aplicação, o comportamento durante a secagem e o desempenho durante o vazamento e solidificação da peça fundida
Viscosidade: é a característica física mais importante de uma tinta de fundição, porque regula a tendência à decantação dos materiais sólidos, a tendência ao fissuramento da camada aplicada durante a secagem e determina qual o método de aplicação mais conveniente (aspersão, imersão, lavagem,pincelamento, espatulação); mede-se a viscosidade:– diretamente: com viscosímetros tipo Stormer, Brookfield e outros– indiretamente: medidas de consistência e densidade da suspensão
• consistência: determinada pelo tempo de escoamento da tinta através do bocal de um copo com formas e dimensões padronizadas (por exemplo, conforme Recomendação CEMP-073). Usando a equação de calibração do bico utilizado, converte-se o valor do tempo de escoamento (em segundos) em viscosidade cinemática (centiStokes).
• densidade: determinada com densímetro de imersão• viscosidade cinemática x densidade = viscosidade dinâmica
Tintas para Fundição
Características - ControlePara pequenos acertos na tinta
suficiente o controle através da medida de densidade da suspensão (a ação corretiva fica restrita ao grau de diluição)
Densidades para tintas de veículo aquoso (aproximadas):– 1,16 a 1,25 g/cm3 :aplicação por aspersão– 1,21 a 1,35 g/cm3 : aplicação por imersão ou lavagem– 1,32 a 1,53 g/cm3 : aplicação por pincelamento
Atenção: esses limites dependem da densidade do material sólido em suspensão
Composição de uma tinta → viscosidade → comportamentoCorrelações viscosidade x composição
para tintas com zirconita, olivina, magnesita, pirofilito e cromita (cargas minerais), bentonita sódica (agente de suspensão) e dextrina (fixador):
β
α
ν
××
=
V
LV R
AR
Bδ
γ
η
××
=
V
LV R
AR
B
Tintas para Fundição
Pintura versus fluidez do metalA camada pintada pode exercer grande influência sobre a fluidez
do metal• Efeito importante raramente estudado e pouco documentado na
literatura técnica• Dependendo da formulação da tinta, podem ser obtidas enormes
melhorias na fluidez do metalTintas na fundição de aço Hadfield
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20 25 30 35
relação refratário / bentonita
Var
iaçã
o de
flui
dez
(Kon
dic)
, %
pirofilito
olivina
cromita
magnesita
zirconita
Na fundição de aço ao manganês tipo Hadfield (12
a 14% Mn): maiores aumentos de fluidez com
tintas de pirofilito (mineral com estrutura lamelar)
Parte dessa melhoria pode ser devida a isolamento térmico propiciado pela
camada de tinta
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